Otimização do sistema de elevação artificial por bombeio mecânico através do controle de peak torque e submergência
dc.contributor.advisor | Maitelli, André Laurindo | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-6083-7425 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0477027244297797 | pt_BR |
dc.contributor.author | Galvão, Hannah Lícia Cruz | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7306374609634073 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Salazar, Andres Ortiz | |
dc.contributor.referees2 | Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula | |
dc.contributor.referees2ID | https://orcid.org/0000-0002-3893-6010 | pt_BR |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/2441911467149645 | pt_BR |
dc.contributor.referees3 | Santos, João Paulo Lobo dos | |
dc.contributor.referees4 | Gabriel Filho, Oscar | |
dc.contributor.referees4Lattes | http://lattes.cnpq.br/4171033998524192 | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2022-08-17T18:30:08Z | |
dc.date.available | 2022-08-17T18:30:08Z | |
dc.date.issued | 2022-07-01 | |
dc.description.abstract | Automated well control applied to artificial lift methods has recently gained attention in the oil industry. This has been applied to artificial lift methods, especially in sucker-rodpump (SRP), which is the most used method in onshore oil wells in Brazil and in the world. The profuse application of SRP as a lift method is due to its relatively simple, reliable and robust structure, under suitable conditions (proper maintenance) it can be used until the end of a well's productive life. The developments applied to the SRP contributed to advances in computational tools and the development of automatic control strategies. The recent computational tools provided the development of simulators and automation allowed the development and application of new strategies and control techniques. Then, the main objective of this work was to develop, apply and validate an appropriate control strategy applied to a conventional pumping unit, using peak torque and submergence as control parameters. The control action aims to increase the operation flow rate to generate significant revenue even under internal and external disturbances. At first, mathematical and computational modeling to determine the torque curve on the reducer using the trigonometric model, and concomitantly, the submergence was calculated. In a second moment, an override control was developed with two Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers, theses were used due to its versatile structure, adapting to requirements and work limitations. The control was implemented using the Visual Basic for Applications (VBA) programming language associated with its integrated development environment (IDE) (which is present in Microsoft Excel). The control strategy has been validated through simulations performed using virtual wells. These simulations demonstrated that the developed strategy achieved satisfactory results. As a contribution of the work, it was possible to observe the maximum performance of the conventional pumping unit, within its operational limits with the insertion of the peak torque and submergence controls. Additionally, we noticed an automatic change in the pumping speed during the production process, avoiding stops in the system. Operating at the torque limit made the process speed increase, providing a higher production flow. The submergence control, in turn, acted to prevent the well from drying out and preventing the existence of possible operational problems, such as gas interference and pump-off. | pt_BR |
dc.description.resumo | Uma área que vem se desenvolvendo e ganhando destaque na indústria petrolífera é a de automação e controle de poços. Esta por sua vez, vem sendo aplicada aos métodos de elevação artificial, especialmente ao Bombeio Mecânico (BM) que é o método mais utilizado nos poços de petróleo em terra no Brasil e no mundo. A profusa aplicação do BM como método de elevação procede devido a sua estrutura ser relativamente simples, confiável e robusta, em condições propícias (manutenção adequada) pode ser utilizado até o final da vida produtiva de um poço. As evoluções aplicadas ao BM contribuíram nos avanços de ferramentas computacionais e no desenvolvimento de estratégias de controle automático. As recentes ferramentas computacionais proporcionaram o desenvolvimento de simuladores e a automação permitiu o desenvolvimento e aplicação de novas estratégias e técnicas de controle. Nesse contexto, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver, aplicar e validar uma apropriada estratégia de controle aplicada a unidade de bombeio mecânico do tipo convencional, utilizando como parâmetros de controle o peak torque e a submergência. A ação do controle visa aumentar a vazão de operação, para que o mesmo opere otimizado frente a qualquer perturbação interna ou externa ao sistema, na perspectiva de elevar a produção e gerar receitas significativas, respeitando os limites operacionais e os parâmetros de restrição. Em primeiro momento, foi realizada uma modelagem matemática e computacional para determinar a curva de torque no redutor utilizando o modelo trigonométrico, e em concomitância elaborou-se o cálculo da submergência. Em um segundo momento, foi desenvolvido um controle override com dois controladores Proporcional-Integral-Derivativo (PID), estes foram escolhidos devido à sua estrutura versátil, condizente com às exigências e limitações do trabalho. Para a implementação da estratégia de controle foi utilizada a linguagem de programação Visual Basic for Applications (VBA) associada ao seu ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), presentes no Microsoft Excel. Com o intuito de se obter a validação da estratégia de controle proposta para a unidade de bombeio (UB), foram realizadas simulações utilizando poços virtuais gerados pelo simulador de bombeio mecânico. As simulações demonstraram que a estratégia desenvolvida atingiu resultados satisfatórios. Como contribuição do trabalho foi possível observar o desempenho máximo da UB dentro dos seus limites operacionais com inserção do controle de peak torque e submergência. Adicionalmente, foi possível perceber a alteração automática da velocidade de bombeio durante o processo de produção, evitando paradas no sistema. Operar no limite de torque fez com que a velocidade do processo aumentasse proporcionando uma maior vazão de produção. O controle da submergência, por sua vez, atuou impedindo que o poço seque e prevenindo a existência de possíveis problemas operacionais, tais como: interferência de gás e pump off. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.identifier.citation | GALVÃO, Hannah Lícia Cruz. Otimização do sistema de elevação artificial por bombeio mecânico através do controle de peak torque e submergência. 2022. 77f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49177 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Bombeio mecânico | pt_BR |
dc.subject | Elevação artificial | pt_BR |
dc.subject | Controlador PID | pt_BR |
dc.subject | Peak torque | pt_BR |
dc.subject | Submergência | pt_BR |
dc.subject | Controle de processos | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA | pt_BR |
dc.title | Otimização do sistema de elevação artificial por bombeio mecânico através do controle de peak torque e submergência | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
Arquivos
Pacote Original
1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
- Nome:
- Otimizacaosistemaelevacao_Galvao_2022.pdf
- Tamanho:
- 3.17 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format
Nenhuma Miniatura disponível